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The development of the skeletomusculature in the sea spider Pycnogonum litorale (Strøm, 1762)
with first insight into chelicerate myogenesis at the cellular level
Max Hämmerle
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Zoologie
Betreuer*in
Georg Brenneis
DOI
10.25365/thesis.77347
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-28324.95011.956571-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Pycnogonida haben als die Schwestergruppe aller anderen Chelicerata das Potenzial einzig-artige Einblicke in die Evolution der Arthropoden zu geben. In den letzten Jahren erbrachte die Erforschung der Entwicklung der Pycnogonidenart Pycnogonum litorale (Strøm, 1762) neue Erkenntnisse über ihre anamorphe Entwicklungsphase. Dieser für Gliederfüßer wahrscheinlich ursprüngliche Entwicklungsmodus ist dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder Häutung neue Körpersegmente und Laufbeine hinzugefügt werden. Der Prozess der Myoge-nese (Muskelbildung) von Pycnogoniden ist jedoch bislang unerforscht. Abgesehen von Insekten und einigen Krebstieren sind Studien zur Myogenese von Arthropoden auf Zellebene allgemein selten. Das „Foundercell model (Gründerzellenmodell)“ der Myogenese der Fruchtfliege Drosophila melanogaster beschreibt, wie einkernige Gründerzellen mit Myoblasten fusionieren um mehrkernige Muskelvorläufer zu bilden. Ähnliche Prozesse wurden kürzlich bei Crustacea entdeckt. Da jedoch keine vergleichbaren Daten zur Myogenese bei Chelicerata und Myriapoda vorliegen, ist unklar, ob diese Muster für alle Arthropoden reprä-sentativ sind. Ziel dieser Masterarbeit war es, die myogenetischen Muster von P. litorale während der anamorphen Entwicklung zu beschreiben. Dabei lag der Schwerpunkt auf Hotspots der Muskelbildung, wie den Laufbeinen, der Rumpfmuskulatur und den proktodealen Dilatatormuskeln. Darüber hinaus wurden Veränderungen in der Rüsselmuskulatur untersucht, die mit einem Wechsel des Nahrungswirts von Hydrozoen zu Seeanemonen während der Entwicklung von P. litorale einhergehen. Mit Hilfe von Fluoreszenzhistochemie und Immunhistochemie zur Analyse von Myosin-Heavy-Chain- und F-Aktin-Proteinen, sowie HCR-FISH zur Untersuchung der Expressionsmuster von Myosin-Heavy-Chain (quergestreifter Typ 2) und des Transkriptionsfaktors Myocyte-enhancer-factor 2 (MEF2), zeigt die Studie neue Muskelstrukturen und Abläufe der Muskelbildung. Zum ersten Mal werden in einem Chelicerata einkernige Muskelpionierzellen identifiziert, die sich in einzelne, scheinbar vielkernige Muskelfasern differenzieren; dies erinnert an das „Founder cell model“. Eine Myoblastenfusion sowie mehrkernige Muskelvorläuferzellen konnten jedoch nicht schlüssig dokumentiert werden. Die Muskelzellen in P. litorale scheinen über einen längeren Zeitraum mononukleiert zu bleiben, bevor sie durch rasche Kernaddition multinukleierte Muskelfasern bilden. Diese Arbeit trägt zu neuen Erkenntnissen über die Myogenese der Pycnogoniden und ihre potenzielle Bedeutung für weitreichendere Entwicklungsprozesse bei Arthropoden bei.
Abstract
(Englisch)
Pycnogonids, as the sister group to all other Chelicerata, have the potential to provide unique insights into arthropod evolution. In recent years, the development of the pycnogonid species Pycnogonum litorale (Strøm, 1762) was studied in more detail, providing new insight in their anamorphic phase of development. This, for arthropods probably ancestral, developmental mode is characterised by the addition of new body segments and walking legs with each molt. However, the developmental process of myogenesis (muscle formation) remains so far unexplored. Indeed, studies on arthropod myogenesis at the cell level are generally scarce, outside of insects and some crustacean taxa. The “founder cell model” of myogenesis in the fruit fly Drosophila melanogaster describes how mononucleated founder cells fuse with myoblasts to form multinucleated muscle precursors. Similar processes where recently discovered in crustacean taxa. However, due to the lack of comparable data on myogenesis for Chelicerata and Myriapoda, it is unclear whether these patterns are representative of all arthropods. This study aimed to describe myogenetic patterns in P. litorale during its anamorphic development, focusing on muscle formation hot-spots like the walking legs, trunk musculature, and proctodeal dilator muscles. Additionally, changes in the proboscis musculature were explored, being predicted to occur with an obligatory feeding host shift from hydrozoans to sea anemones during P. litorale development. Using fluorescent histochemistry and immunohistochemistry to analyze myosin heavy chain and F-actin proteins, as well as HCR-FISH to study the expression patterns of myosin heavy chain (striated type 2) and the transcription factor myocyte-enhancer-factor 2 (MEF2), the study reveals new muscle structures and sequences of muscle formation. For the first time in a chelicerate, mononucleated muscle pioneer cells are identified, which were observed to differentiate into singular, seemingly multinucleated muscle fibers, reminiscent of the founder cell model. However, myoblast fusion, as well as multinucleated muscle precursor cells could not be conclusively documented. Muscle cells in P. litorale appear to remain mononucleated for an extended period before undergoing rapid nuclear addition to form multinucleated muscle fibers. This work contributes new insights into pycnogonid myogenesis and its potential relevance to broader arthropod developmental processes.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Arthropoda Pycnogonida (Asselspinnen) Pycnogonum litorale Myogenese Muskeldifferenzierung Morphologie Postembryonale Entwicklung Anamorphe Entwicklung
Schlagwörter
(Englisch)
Arthropoda Pycnogonida (Sea spiders) Pycnogonum litorale Myogenesis Muscle differentiation Morphology Postembryonic development Anamorphic development
Autor*innen
Max Hämmerle
Haupttitel (Englisch)
The development of the skeletomusculature in the sea spider Pycnogonum litorale (Strøm, 1762)
Hauptuntertitel (Englisch)
with first insight into chelicerate myogenesis at the cellular level
Paralleltitel (Deutsch)
Die Entwicklung der Skelettmuskulatur in der Seespinne Pycnogonum litorale (Strøm, 1762)
Publikationsjahr
2024
Umfangsangabe
66 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Georg Brenneis
Klassifikationen
42 Biologie > 42.62 Tiermorphologie. Tieranatomie ,
42 Biologie > 42.74 Articulata
AC Nummer
AC17394963
Utheses ID
73978
Studienkennzahl
UA | 066 | 831 | |